Erhalt des Laufvermögens durch vollständig personalisierte 3D-Prothetik und Bionik-Produktion
Für die personalisierte Bionik, intelligente Endoprothetik (Knie und Hüfte) und Exoprothetik ist jeweils geometrische und funktionelle Anpassbarkeit erforderlich. Bionische Produkte unterscheiden sich von Prothesen dahingehend, dass sie die ursprüngliche Funktion nachahmen oder sogar übertreffen, üblicherweise, indem für den Betrieb eine Verbindung zum Nerven- oder Muskelsystem hergestellt wird. Das Projekt Symbionica hat seine Mission erfüllt – die Herstellung intelligenter, vollständig anpassbarer orthopädischer Prothesen ist jetzt technisch machbar. „Symbionica hat eine neuartige zugelassene Maschine für die additive Fertigung mit mehreren Materialien entwickelt“, erklärt Alessio Giuliani, Projektkoordinator und Forschungsleiter von Sintea Plustek SRL, dem koordinierenden Unternehmen im Bereich der orthopädischen Fertigung. Den Anforderungen von medizintechnischem Sektor und Patienten genügen Die Liste der Leistungen von Symbionica ist beeindruckend. Es gibt vier zu Demonstrationszwecken zertifizierbare Prothesen, die zu unterschiedlichen Familien gehören sowie vier parametrische CAD-Vorlagen zur Herstellung dieser Prothesen. Die Produkte werden in einem Bearbeitungsschritt gefertigt. Der Vorteil solcher Fertigungstechniken ist, dass das Produkt sogar in einer 3D-Struktur eine komplexe Form aufweisen kann und dennoch keine Verbindungsstellen hat. „Die Maschine bewältigt sowohl additive Ablagerung als auch Abtragung und ist somit flexibel und rekonfigurierbar“, erklärt Giuliani. Im Hinblick auf die bestmögliche Konstruktion und Funktion erarbeitete das Team eine neuartige Plattform für die kooperative Ausgestaltung, die mit Systemen für die computerunterstütze Konstruktion (CAD) und Fertigung (CAM) sowie Diagnostiksystemen für medizinische Produkte schnittstellenkompatibel ist. Die CAM-Software nutzt die in der CAD erstellten Modelle, um Werkzeugmaschinen laufen und Entwürfe in die verschiedenen Prothesen einfließen zu lassen. Zur Verbesserung der Personalisierung gibt es ein System, das die Sammlung und Analyse von klinischen Patientendaten ermöglicht. Eine Lieferketten-Plattform für die parallele technische Gestaltung ermöglicht fortschrittliche Konstruktionen, vollständige Personalisierung und Patientenunterstützung. Durch Einbeziehung von Reparaturen, Obsoleszenz-Management, Schulungen und technischer Unterstützung erfüllen die Produkte von Symbionica alle Endanwenderanforderungen, um ein Höchstmaß an Funktionalität zu erreichen. Innovationen für ein Höchstmaß an Produktionseffizienz „Eine Reihe von Innovationsmerkmalen reduzieren die Kosten für die Prothesenherstellung radikal und tragen zu einer kosteneffektiven Anpassung bei, während Energieverlust und Rohstoffverschwendung minimiert werden“, betont Giuliani. Durch die Integration von Technologien in eine einzige Maschine wird das bis dato Beste im Bereich der Produktion mit Präzision kombiniert – es gibt keine Einrichtungszeit und keine Materialverschwendung. Dank eines abgeschirmten Arbeitsbereichs wird zudem Pulververlust minimiert, sodass das gesamte ausgestoßene Pulver im Produktionsbereich bleibt und vor dem Kontakt mit Sauerstoff geschützt wird. Eine Laserquelle mit hoher Strahlenqualität ermöglicht Leistungsdichten am Arbeitsbereich, die bislang nur mit leistungsintensiveren Lasern möglich waren, sodass der Energieverlust minimiert wird. Die Kombination von zwei überaus effizienten Laserquellen gewährleistet eine höchstmögliche Durchsatzrate. Ein kontinuierlicher Wellenlaser sintert das Metallpulver, und ein gepulster Laser ermöglicht eine präzise Abtragung und Oberflächenglättung. Die Zukunft der Prothetik beschreiten Es gibt noch verschiedene ungelöste Probleme in der Zertifizierung 3D-gedruckter Medizinprodukte, deren Eigenschaften von den Konstruktionsvorgaben abhängen. „Die eingehendere Beschäftigung mit diesem Thema könnte somit eine vernünftige Weiterentwicklung dieses Projekts sein“, bemerkt Giuliani. Die Patientenanforderungen sind von Grund auf sehr unterschiedlich im Bereich der Prothesen, Symbionica hat jedoch zu Innovationsmaßnahmen für Produkte, Prozesse, Ausrüstung und Lieferkette geführt, um dieser Nachfrage gerecht zu werden. Giuliani fasst die wichtigsten Leistungen des Teams zusammen: „Symbionica hat eine außergewöhnliche Maschine entwickelt, die die Fertigungstechnik für 3D-gedruckte medizinische Produkte auf die nächste Innovationsstufe bringen kann.“
Schlüsselbegriffe
Symbionica, Bionik, Prothesen, orthopädisch, Abtragung, 3D-gedruckt, additive Fertigung, computerunterstütze Konstruktion und Fertigung, CAD/CAM